Digitale Betriebsarten

Digimodes — von RTTY und PSK31 bis FT8 und FreeDV: weltweite Funkverbindungen mit kleiner Leistung und einfachen Antennen, dank Soundkarte und freier Software.

Funkverfahren wie PSK31, Olivia, JT65 und FT8 ermöglichen weltweite Funkverbindungen schon mit kleinen Antennen und geringer Sendeleistung. Die lange Liste der digitalen Sendearten — der „Digimodes» — spiegelt die Technikgeschichte wider: von mechanischen Fernschreibmaschinen über erste Computer-gestützte Verfahren bis zu modernen Algorithmen, die Signale weit unterhalb des Rauschens dekodieren können. Die ursprünglichen Verfahren dienten allein der Schriftübertragung; moderne Verfahren erlauben das Übertragen beliebiger Digitalfolgen — daher der Sammelbegriff Digimodes.

Hinweis: Eine umfassende Übersicht der auf Kurzwelle anzutreffenden Digimodes (auch militärische und kommerzielle) inklusive Wasserfall-Screenshots und Hörbeispielen bietet die Seite sigidwiki.com — HF Signals.

Der Bandplan der IARU Region 1 kennt für Digimodes Segmente mit bis zu 500 Hz, 2’700 Hz bzw. 6’000 Hz Bandbreite — die Frequenz ist passend zur Sendebandbreite zu wählen. Ein Teil dieser Segmente ist mit „automatische digitale Stationen» gekennzeichnet und für Gateways und Mailboxen reserviert; dort sollten keine Individual-QSOs gestartet werden. Für Bildübertragungen sind eigene Aktivitätszentren vorgesehen — siehe Bildübertragung. In den als CW gekennzeichneten Bereichen ist digitaler Betrieb nicht erwünscht.

Wie wird man QRV?

Für die digitalen Betriebsarten genügt meist ein einfacher SSB-Transceiver — nur wenige Verfahren erfordern eine besonders hohe Frequenzstabilität. Modulation und Demodulation übernimmt eine Soundkarten-Software wie FLdigi, DM780 oder MixW. Daher werden die Digimodes auch Soundcard-Betriebsarten genannt.

Zwischen Soundkarte und Transceiver lohnt sich ein Soundcard-Interface: es passt die Pegel an, trennt im Idealfall beide Geräte galvanisch (vermeidet Brummschleifen) und ermöglicht das Hochtasten des Senders über ein PC-Signal oder eine eingebaute NF-Vox.

Achtung: Im Handbuch des Transceivers nachlesen, welche Sendeleistung für digitale Betriebsarten („Dauerstrich») zulässig ist. Im Zweifel auf 50 % der Spitzenleistung oder weniger reduzieren — sonst kann die Endstufe Schaden nehmen.

Lesetipps:

PSK-Familie

PSK31 ist so populär geworden, dass es RTTY von der Spitzenposition verdrängt hat. Vor allem im 20-m-Band sind oberhalb von 14’070 kHz nahezu rund um die Uhr Stationen aus aller Welt zu empfangen. Im Vergleich zu CW braucht PSK31 weniger Bandbreite; das schmale DSP-Filter der Software dekodiert noch Signale, wenn praktisch nichts mehr zu hören ist. Im Wasserfalldiagramm liegen oft mehrere Dutzend Stationen parallel im SSB-Filter — ein Mausklick wählt die Zielstation.

Neuere Varianten PSK63 (63 Baud) und PSK125 (125 Baud) bieten doppelte bzw. vierfache Übertragungsrate, brauchen dafür aber doppelte/vierfache Bandbreite und haben entsprechend halbiertes/geviertelten Signal-Rausch-Verhältnis.

Vorteile: sehr schmalbandig; weltweit beliebt (ständig QSO-Partner verfügbar); kein TCXO erforderlich; weltweite QRP-QSOs mit 5 W möglich. Nachteile: überwiegend Makro-QSOs („F1 bis F12″), kaum Ragchew; keine Fehlerkorrektur; durch Phasentastung anfällig für selektives Fading und Mehrwegempfang — auf 160 m / 80 m und auf VHF/UHF nur eingeschränkt geeignet.

SIM31 (auch SIM-BPSK, von ON4NB et al.) ist ein neuerer Hybrid aus PSK31 und JT9 mit nur 45 Hz Bandbreite (USB). Robuster gegen Störungen und Fading als PSK31 — gut geeignet für QRP/DX. MFSK16 (Murray, ZL1BPU) verwendet 16 Töne in 15,625 Hz Abstand (Gesamtbandbreite 316 Hz) und arbeitet mit einer effektiven FEC bei einer Netto-Datenrate von 42 WPM. Ähnlich empfindlich wie PSK31, aber deutlich unempfindlicher gegen Doppler-Effekte.

Olivia

Olivia wurde Ende 2003 von Pawel SP9VRC entwickelt — eine Kombination aus MFSK und einem auf Walsh-Funktionen basierenden FEC-Code. Olivia dekodiert noch Signale bis zu 15 dB unter dem Grundrauschen. Verfügbare Bandbreiten: 125, 250, 500, 1’000 und 2’000 Hz; gebräuchlich sind die Kombinationen 4/125, 8/250, 8/500, 16/500 und 32/1000 (Töne/Bandbreite).

Töne / BandbreiteBaudWPMS/N-Schwelle
OLIVIA 32/100031,2524,4−12 dB
OLIVIA 16/50031,2519,5−13 dB
OLIVIA 8/50062,529,3−11 dB
OLIVIA 8/25031,2514,6−14 dB
OLIVIA 4/12531,259,8−15 dB
Die gebräuchlichsten Olivia-Formate.

Vorteile: höchste Toleranz gegen Doppler, Fading, Aurora und Mehrwegausbreitung; SSB-Filter ausreichend; gut für Ragchew-QSOs (8/500, 16/500, 32/1000); kein TCXO erforderlich (Frequenzabweichung > 100 Hz wird noch korrigiert). Nachteile: mässig verbreitet; höhere Bandbreiten als PSK31.

JT65, JT9 und FT8

Basis dieser Familie ist WSJT, ein Computerprogramm von Physik-Nobelpreisträger Joe Taylor (K1JT). WSJT ermöglicht QSOs auch dann noch, wenn das Signal viele Dezibel unterhalb des Rauschens in einem 2’500 Hz breiten SSB-Kanal liegt — durch Standardisierung der Inhalte und Reduktion der Übertragungsgeschwindigkeit. Ursprünglich gedacht für Troposcatter und Erd-Mond-Erde-Verbindungen, fand das Verfahren früh Verwendung für QRP-QSOs auf Kurzwelle.

  • JT65 — 65 Töne, 175 Hz Bandbreite. Sehr empfindlich (über 10 dB unter CW), entwickelt für VHF/UHF mit annähernd konstanter Signalstärke; auf KW seit 2006 erfolgreich von QRP-Stationen genutzt.
  • JT9 — 9-FSK, weniger als 16 Hz Bandbreite bei 1-Minuten-Intervallen. Ursprünglich für Lang- und Mittelwelle gedacht; auch in 2-, 5-, 10- und 30-Minuten-Versionen für noch schwächere Signale.
  • FT8 — von Joe Taylor (K1JT) und Steve Franke (K9AN) im Juni 2017 vorgestellt. Durchgangslänge nur 15 Sekunden, Bandbreite 47 Hz. Gegenüber JT9 / JT65 etwas unempfindlicher, dafür viermal schneller. Heute der dominierende Digimode auf Kurzwelle — siehe eigene Seite zu FT8.

Klassische und ältere Verfahren

Neben den oben behandelten Modi sind weitere digitale Betriebsarten gelegentlich auf den Bändern zu beobachten:

  • RTTY — die klassische Fernschreibbetriebsart. Zeichen werden in 5 Bit codiert, übertragen per FSK mit 170 Hz oder 850 Hz Shift bei 45,45 Baud. Wenn als AFSK durch einen SSB-Sender geschickt, nennt man das AFSK-Verfahren.
  • AMTOR (Peter, G3PLX, 1981) — Funkfernschreiben mit hoher Übertragungssicherheit dank ARQ (Automatic Repeat reQuest) oder FEC. Charakteristischer „Chirp-Chirp»-Sound durch das schnelle Sende-Empfangs-Umschalten. Heute weitgehend durch PACTOR ersetzt.
  • PACTOR (DL6MAA, DF4KV, ab 1990er) — speziell für Datenverkehr auf Kurzwelle entwickelt. PACTOR-4 erreicht mit Kompression bis zu 10’500 Bit/s. Verbreitet als Übertragungsprotokoll bei WinLink für E-Mail-Versand via Kurzwelle. Erfordert einen speziellen Controller (TNC).
  • WINMOR (ARRL/TAPR DCC 2008) — ARQ-Übertragungsprotokoll für WinLink, das ohne teuren TNC auskommt — Soundkarte und SSB-Transceiver reichen. Bis zu 1’300 Bit/s bei 500/1’600 Hz Bandbreite. Software: kostenloses RMS Express.
  • MT63 (Pawel SP9VRC) — 64 Töne in 15,625 Hz Abstand, DBPSK-moduliert, sehr robust gegen QRM und Fading. Bandbreite 500 Hz bis 2’000 Hz. Übertragung wird bis zu 6 Sekunden verzögert dargestellt — der Modus arbeitet noch fehlerfrei, wenn 25 % der Information fehlen.
  • Packet Radio — AX.25-Protokoll, abgeleitet vom kommerziellen X.25. Auf VHF/UHF üblich mit 1’200 oder 9’600 Baud, auf KW nur 300 Baud — auf Kurzwelle inzwischen weitgehend durch andere Modi verdrängt.
  • DominoEX (Murray ZL1BPU) — MFSK-basiert, primär für KW auf den niederfrequenten Bändern (NVIS — Near Vertical Incidence Skywave). Verkraftet bis 80 ms Laufzeitunterschiede und 200 Hz/min Drift. Standard ist DominoEX11 (262 Hz, ca. 70 WPM).
  • FSQ (ZL1BPU, ZL2AFP, 2015) — „Fast Simple QSO», 33 Töne in 9 Hz Abstand, 300 Hz Bandbreite. Mit Protokoll FSQCALL für Chat zu einzelnen oder mehreren Stationen, Datei-Empfang, Status-Abfragen. Empfindlichkeit ca. −13 bis −16 dB SNR.
  • Contestia (Nick UT2UZ, 2005) — direkt von Olivia abgeleitet, etwa doppelt so schnell aber 3 dB weniger empfindlich. Klingt fast identisch mit Olivia.
  • CLOVER (HAL Communication, 1993) — 8-Bit-Datenübertragung mit adaptiver Modulation; misst die Übertragungsbedingungen und passt Modulationsformat und Datendurchsatz automatisch an.
  • ROS (José Alberto Nieto Ros) — CDMA-Verfahren, theoretisch dekodierbar bis −35 dB SNR, dafür hohe Bandbreite. In den USA wird ROS von ARRL/FCC als Spread-Spectrum eingestuft und ist auf KW/2 m nicht zulässig.
  • THOR — verwandt mit DominoEX, 18 Tonfrequenzen in konstanter Phasenbeziehung, sehr robust für schwache HF-Verbindungen. Geschwindigkeiten von 14 bis 78 WPM bei 173 bis 524 Hz Bandbreite.
  • THROB (Lionel G3PPT) — MFSK mit 9 Tönen, 72 oder 144 Hz Bandbreite, 10–40 WPM. „Throbharmonika»-Klang. Robust gegen Rauschen und Impulsstörungen, dafür langsam.
  • V4Chat — Tastatur-Client basierend auf dem WINMOR-Modem; bis 55 WPM bei nur 200 Hz Bandbreite. Unterstützt ASCII und UTF-8, FEC- und ARQ-Modi. Nachfolger H4 (Hamming Encoded 4FSK) in Beta.

WSPR — Weak Signal Propagation Reporter

WSPR (englisch wie whisper ausgesprochen) ist ein weiteres Programm von Joe Taylor (K1JT). Es sendet sehr schmalbandige Signale, die durch eine hochspezialisierte Kodierung weit „unter der Grasnarbe» nachgewiesen und entschlüsselt werden können — bis zu −28 dB unter dem Rauschen. Primär für den Bakenbetrieb gedacht.

Gesendet werden Rufzeichen, Grid Locator und die Sendeleistung in dBm. Empfangsstationen errechnen einen SNR-Wert und übermitteln die Daten an wsprnet.org, wo sie weltweit für Ausbreitungsstudien und Antennenvergleiche zur Verfügung stehen. Sendeleistungen sind typisch 5 W und weniger. So können auch Stationen mit eingeschränkten Antennen weltweite Empfangsrapporte aus exotischen Ländern erhalten.

Hellschreiber

Der Hellschreiber war das erste erfolgreiche Direktdruck-Übertragungssystem, vergleichbar mit Fax. Buchstaben werden als kleine Bilder in einem groben 7×7-Raster übertragen — Störungen können das Bild zwar verschlechtern, machen das Zeichen aber selten völlig unleserlich. Diese Redundanz ist der wesentliche Vorteil gegenüber dem klassischen Fernschreiben (RTTY).

  • Feldhell (1935) — 122,5 Baud, 360 Hz Bandbreite, quasi-synchron. Im 2. Weltkrieg für mobilen Feldeinsatz genutzt.
  • Siemens GL (1955) — Start-Stop-System, 300 Baud, 1’000 Hz Tonfrequenz, 600 Hz Bandbreite. Vorwiegend für störfreie UKW-FM-Verbindungen.
  • HELL 80 (1965) — Frequenzumtastung mit 1’625 / 1’925 Hz, 315 Baud, 900 Hz Bandbreite. Sichere Übertragung auch über stark gestörte Funkstrecken.
  • CP-16 (CRAC, 2011) — chinesische Schriftzeichen in 16×16-Punktmatrix bei nur 400 Hz Bandbreite. 2–5 Zeichen/Sekunde.

Heute steht für das Hellschreiben eine Reihe kostenloser Soundcard-Programme zur Verfügung. Vorzugsfrequenzen (IARU Region 1) liegen bei ±3’584, 7’044, 10’144, 14’074, 18’104, 21’074, 24’924 und 28’074 kHz (jeweils Center Frequency). Auf 10’144 kHz sendet auch die Aurora-Bake DK0WCY.

FreeDV — digitale Sprache

FreeDV ist eine Open-Source-GUI-Anwendung für Windows, Linux und macOS, die mit jedem SSB-Funkgerät digitale Sprache („DV» — Digital Voice) bei niedriger Bitrate in einem SSB-Kanal überträgt. Das Mikrofonsignal wird auf 1’400 Bit/s komprimiert (Codec 2 von David Rowe, VK5DGR) und auf ein 1’100 Hz breites QPSK-Signal moduliert. Im Gegensatz zu D-STAR ist FreeDV vollständig quelloffen — siehe eigene Seite zu FreeDV.

Treff-Frequenzen

Innerhalb der Digimode-Bandsegmente der IARU Region 1 haben sich folgende Treff-Frequenzen als bevorzugte Arbeitsfrequenzen etabliert. Bei den Digimodes wird stets die „dial frequency» (USB-Träger) angegeben — die tatsächlich gesendeten Töne liegen bei vielen Modi 1’400–1’600 Hz oberhalb davon.

CW (Reservat — keine Digimodes erwünscht): 1’810–1’838, 3’500–3’570, 7’000–7’040, 10’100–10’130, 14’000–14’070, 18’068–18’095, 21’000–21’070, 24’890–24’915 und 28’000–28’070 kHz.

PSK31 (USB) jeweils oberhalb von 1’838, 3’580, 7’040, 10’140, 14’070, 18’100, 21’070, 24’920 und 28’120 kHz. Die untersten ~1 kHz sind Vorzug für QRP; PSK63 / PSK125 ab 2 kHz oberhalb.

SIM31 (USB): 1’839, 3’596, 7’045, 10’142, 14’067 (nicht bandplan-konform), 18’098, 21’100, 24’916, 28’127 kHz.

AMTOR, MFSK16, MT63, OLIVIA, PACTOR, RTTY, THROB usw. (USB): 1’838–1’842, 3’583–3’600, 7’043–7’050, 10’143–10’150, 14’080–14’099, 18’103–18’109, 21’080–21’120, 24’923–24’929 und 28’080–28’150 kHz. Olivia 32/1000 trifft sich vor allem auf 14’107,5 kHz (Mittenfrequenz).

Hellschreiber-Verfahren (USB): ±3’584, 7’044, 10’144, 14’074, 18’104, 21’074, 24’924 und 28’074 kHz (jeweils Center Frequency).

FAX/SSTV: 3’735 (LSB; DRM-SSTV 3’733), 7’165 (LSB; DRM-SSTV 7’058), 14’230 (USB; DRM-SSTV 14’233), 21’340 (USB; DRM-SSTV 21’233), 28’680 kHz (USB).

FreeDV (digitale Sprache): 7’190 und 14’236 kHz (USB) — siehe auch die FreeDV-Seite für die vollständige Liste.

JT65A (Dial Frequencies, USB): 0,13613, 0,4742, 1’838,0, 3’576,0, 5’357,0, 7’076, 10’138,0, 14’076,0, 18’102,0, 21’076, 24’917 und 28’076 kHz.

JT9 (Dial Frequencies, USB): 0,4742, 1’840,0, 3’578,0, 5’359,0, 7’078,0, 10’140,0, 14’078,0, 18’104,0, 21’078, 24’919 und 28’078 kHz.

FT8 (Dial Frequencies, USB): 1’840,0, 3’573,0, 7’074, 10’136,0, 14’074,0, 18’100,0, 21’074, 24’915 und 28’074 kHz — siehe FT8-Seite.

WSPR (Dial Frequencies, programmiert; Sendefrequenzen 1’400–1’600 Hz oberhalb): 0,136, 0,4742, 1,8366, 3,5926, 5,3647, 7,0386, 10,1387, 14,0956, 18,1046, 21,0946, 24,9246, 28,1246 MHz sowie 50,293, 70,091 und 144,489 MHz.

FSQ: 3’588, 5’355, 7’044 und 10’144 kHz (USB). Für Experimente auf höheren Bändern werden 14’074, 18’104, 21’074, 24’924 und 28’124 kHz vorgeschlagen.

Hinweis zu Frequenzangaben

Bei Digimodes werden als Frequenzen immer die „dial frequencies» angegeben — also die unterdrückte Trägerfrequenz im USB-Betrieb. Die von der Software / Soundkarte erzeugten Töne liegen je nach Modus 1’400–1’600 Hz höher; bei einer dial frequency von z.B. 3’572,6 kHz wird also de facto bei 3’574,0–3’574,2 kHz gesendet.